气候变化下放牧对若尔盖高原湿地-草地区域碳收支的影响研究

Human activities like livestock grazing has become one of most critical factors influencing carbon budget in Zoige Plateau. Measuring the impact of livestock grazing on wetland and grassland regional carbon budget is essential for grass yield estimation and pasture management. However, for a long time, there is a lack of the study of the grazing effects on regional carbon budget on regional scale or over a longer time scale. Specially, it is always ignored that the grazing effects on regional carbon budget under climate change. Therefore, in this study, we will study the grazing effects on wetland-grassland regional carbon budget in Zoige Plateau unnder the background of climate change. Firstly, an approach proposed would be used to quantify the spatial and temporal variation of grazing intensity and grazing period through time-series remote sensing data. Sencondly, one-factor-at-a-time (OAT) and Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test (EFAST) would be combined to analyze the influence of the input parameters in the DeNitrification and DeComposition (DNDC) model on carbon budget parameters, and the DNDC model could be introduced to simulate regional carbon budget at the wetland-grassland area on the Zoige Plateau, China. Thirdly, in order to improve the accuracy of the model simulation, the data assimilation technique will be introduced to combine the multi-sources data and the DNDC model. Lastly, the temporal and spatial distribution of wetland and grassland carbon budget in Zoige Plateau would be analyzed comprehensively. And the grazing effects on wetland-grassland regional carbon budget in Zoige Plateau unnder the background of climate change would also be discussed.

放牧是若尔盖高原湿地-草地区域生态系统碳收支的主要影响因素之一。研究放牧对若尔盖高原湿地-草地区域碳收支的影响，有利于正确评估该区域湿地和草地区域碳收支现状和固碳潜力，为该地区合理安排人类活动提供理论支持。然而，长久以来，缺乏长时间尺度上研究放牧对区域尺度碳收支的影响，忽略了气候变化下放牧对区域尺度碳收支的响应。本项目以若尔盖高原湿地-草地区域尺度碳收支为研究对象，研究气候变化下放牧对区域尺度碳收支的影响。首先，利用要遥感数据构建放牧指数，探讨区域尺度放牧的定量化表达方式；其次，基于DNDC模型，结合全局敏感性分析方法和局部性敏感性分析方法，将该模型用于若尔盖高原区域尺度碳收支模拟；然后，采用四维变分的数据同化算法将多源数据与DNDC模型耦合，以提高模型模拟的精度；最后，模拟并分析近二十年若尔盖高原湿地-草地区域碳收支的时空变化，以及气候变化下放牧对该区域碳收支的影响与响应。

受自然条件、人类活动干扰加剧等方面的影响，湿地和草地退化、过度放牧等使得该若尔盖高原湿地和草地碳循环面临着极大的挑战，该区域湿地和草地作为碳源或是碳汇具有很大的争议。因此，研究气候变化下，放牧对若尔盖高原湿地-草地区域碳收支的影响，是正确评估该区域碳收支现状和固碳潜力的前提。本项目以若尔盖高原湿地-草地区域尺度碳收支为研究对象，研究气候变化下放牧对区域尺度碳收支的影响。结果表明：1、基于地物光谱特性构建植被指数能够应用于若尔盖高原放牧强度的模拟，其估算结果优于利用地上净初级生产力和地上生物量估算放牧强度的方法。2、2000-2020年，若尔盖高原湿地-草地年平均放牧强度为1.51Au/hm2，以中度、轻度放牧为主，占整个区域的84.81%。草甸、草原和稀疏草原是若尔盖高原的主要牧场，其放牧强度均大于沼泽湿地和湿草甸。放牧强度随时间波动较为明显，略微上升。3、利用时间序列的MODIS LAI，四维变分的数据同化方法能够通过优化关键参数，实现区域尺度碳收支模拟，进而达到有效提高模型模拟精度的目的。4、近三十年，若尔盖高原年均气温、年均总辐射量均显著上升；年均降水量略微上升；年均相对湿度呈显著下降，而年均日照时数略微下降。5、近二十年，若尔盖高原湿地-草地生态系统为碳汇，平均每年固定的净碳量达到了14.769 TgC，占我国草地年碳汇潜力的1.91%。除沙地外的土地利用类型的NEP均大于零，为该区域大气CO2的汇。其中，沼泽湿地、泥炭湿地及湿草甸单位面积NEP最大，草甸和草原区域NEP总量最多。沙地单位面积年平均NEP约为-78.86 kgC/hm2，是大气CO2的源，平均每年会向大气中释放551.453 tC。6、放牧会消耗生态系统固定的净碳量，当放牧强度约为2.3SUD/hm2，放牧时间为3.9-4.2个月左右的时候，放牧效应可以达到最大，而放牧消耗的净碳量最小。避免在草地放牧抗性较低的生殖阶段放牧，可以有效地减少放牧消耗的净碳量。